红酵母Rhodosporidium toruloides作为研究雷帕霉素对人类衰老和癌症影响的新型替代模型

编辑推荐：本研究针对传统酵母模型S. cerevisiae存在TOR激酶数量差异的局限性，以单TOR激酶结构的红酵母R. toruloides为对象，通过蛋白质组学分析揭示了两种单倍型IFO0559和IFO0880对雷帕霉素的差异响应机制，发现IFO0559表现出类似癌细胞的特征性适应策略，为研究高脂含量系统的mTOR通路提供了更接近哺乳动物的模型体系。

　　在探索衰老和癌症治疗机制的研究中，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路一直是核心焦点。传统酵母模型Saccharomyces cerevisiae因具有两个TOR激酶（TOR1和TOR2），与哺乳动物单TOR激酶体系存在显著差异，限制了其在相关研究中的应用。与此同时，脂滴（lipid droplets）作为新兴的癌症标志物，其代谢调控机制亟待更合适的模型进行研究。针对这些关键问题，德国慕尼黑工业大学的研究团队在《Cellular and Molecular Life Sciences》发表了一项创新性研究。

该研究首次系统评估了产油酵母Rhodosporidium toruloides作为mTOR研究模型的优势。这种嗜油酵母不仅具有与哺乳动物相似的单TOR激酶结构，还能天然积累大量脂质和类胡萝卜素。研究人员通过比较两种单倍型（IFO0559和IFO0880）对雷帕霉素的响应差异，揭示了脂代谢与抗癌药物敏感性之间的分子关联。

关键技术方法包括：1）使用YPD和YNB培养基进行时间梯度培养；2）通过OD_600nm和干重测定生长曲线；3）类胡萝卜素分光光度检测（454nm）；4）脂肪酸甲酯（FAME）气相色谱分析；5）基于timsTOF Pro质谱的定量蛋白质组学，采用PEAKS Studio进行数据分析。

研究结果部分，"Influence of rapamycin on growth"显示：在富培养基中，IFO0880出现48小时生长抑制（OD_600nm从12.1降至1.8），而IFO0559仅表现轻微延迟。值得注意的是，120小时后雷帕霉素处理组生物量反超对照组（IFO0880：29.2 vs 22.0），暗示存在补偿性增殖机制。

"Carotenoid and Lipid Content"部分揭示：YPD培养基中雷帕霉素使IFO0880类胡萝卜素增加266.7%（48小时），IFO0559增加156.3%；脂质含量在IFO0880中从8.0%显著提升至21.2%（120小时）。这些变化与人类癌细胞中观察到的脂滴积累现象高度相似。

"Proteomic analysis"部分的关键发现包括：1）TOR信号通路：IFO0559中40S核糖体蛋白S6上调9.43倍，而IFO0880的翻译起始因子eIF-4E下调至0.2倍；2）细胞周期调控：IFO0559中DNA复制许可因子MCM2/6/7显著上调，而IFO0880中这些促增殖蛋白被抑制；3）氨基酸代谢：精氨酸合成通路在IFO0559中普遍激活，5-氧脯氨酸酶（5-oxoprolinase）表达量提升达64倍；4）自噬调节：磷脂酶D（phospholipase D）的上调与已知的雷帕霉素耐药机制相关。

在讨论部分，研究强调了三个重要发现：首先，IFO0559表现出类似癌症细胞的典型适应策略，包括MCM蛋白过表达、精氨酸代谢重编程和casein kinase II上调（6.49倍），这些改变共同促进其对雷帕霉素的耐受性。其次，脂滴积累与类胡萝卜素合成的正相关为研究抗氧化剂在肿瘤耐药中的作用提供了新视角。最后，单倍型间的显著差异（如IFO0559中HMG-CoA还原酶上调7.36倍而IFO0880下调）表明遗传背景对mTOR抑制剂响应的决定性影响。

这项研究的突破性在于建立了更接近哺乳动物的TOR研究模型，特别是为探索脂代谢异常相关癌症（如乳腺癌、前列腺癌）的机制提供了新工具。发现的关键调控蛋白如RBX1（在IFO0559中上调12.11倍）和TCTP（translationally-controlled tumor protein）等，均为潜在的抗癌靶点。未来研究可进一步解析脂滴形成与TOR抑制之间的分子对话，为开发联合脂代谢调节的抗癌策略奠定基础。